含TiO2纳米颗粒的明胶/PVA电纺纤维支架的构建及其在伤口愈合中的应用评价

为解决伤口感染导致的全球高死亡率问题，研究人员通过电纺技术构建了负载二氧化钛纳米颗粒（TiO2-NPs）的明胶/聚乙烯醇（PVA）复合纤维支架。研究发现，TiO2-NPs的加入使纤维排列从无序变为有序，提升了亲水性（接触角降低）和机械强度（拉伸强度达10.2 MPa），同时保持孔隙率和透湿性（WVTR）不变。体外实验显示支架具有可控降解性（3-7天降解32-75%）和良好生物相容性，为伤口药物递送提供了新策略。

　　

全球每年有数亿人受伤口感染困扰，尤其慢性伤口因细菌生物膜和复杂病理机制难以愈合。传统敷料如纱布易粘连伤口，而现代敷料虽能保湿却缺乏抗菌和促愈合功能。明胶（gelatin）和聚乙烯醇（PVA）因其生物相容性常用于伤口敷料，但明胶机械强度差，PVA缺乏生物活性。二氧化钛纳米颗粒（TiO₂-NPs）凭借其抗菌、抗炎和促血管生成特性成为研究热点，但如何将其与生物聚合物协同优化尚未明确。

为解决这一难题，来自Shiraz University的研究团队在《International Journal of Biological Macromolecules》发表论文，首次系统研究了电纺明胶/PVA/TiO₂-NPs复合纤维的物理、机械及生物学性能。通过调控TiO₂-NPs含量（0-5%），团队发现纳米颗粒可显著改变纤维形貌——从随机排列变为定向排列，且平均直径随浓度增加（如含5% TiO₂-NPs时纤维直径达320±50 nm）。这种变化源于溶液粘度提升和电导率变化的协同作用。

关键技术方法
研究采用电纺技术（electrospinning）制备纤维支架，通过扫描电镜（SEM）分析形貌，接触角测试评估亲水性，万能试验机测定机械性能（拉伸强度、杨氏模量），水蒸气透过率（WVTR）仪检测透湿性，体外降解实验（PBS浸泡）和MTT法（细胞活性检测）评价生物相容性。

研究结果

形态与结构评估
SEM显示所有样本均形成无串珠的均匀纤维。TiO₂-NPs的加入使纤维排列从随机（0%组）变为定向（5%组），且直径随浓度增加（180±30 nm增至320±50 nm）。傅里叶红外光谱（FTIR）证实TiO₂-NPs未改变明胶/PVA的化学结构，但X射线衍射（XRD）显示其增强了结晶度。

物理与机械性能
亲水性显著提升：纯明胶/PVA接触角为65°，而含5% TiO₂-NPs时降至28°。拉伸强度从6.1 MPa（0%组）提升至10.2 MPa（5%组），但孔隙率（85-90%）和WVTR（2100-2300 g/m²/24h）未受显著影响。

体外降解与生物相容性
支架在PBS中3-7天降解32-75%，符合伤口敷料需求。MTT实验显示所有组别在3天内维持L929细胞活力>90%，证实其生物安全性。

结论与意义
该研究首次阐明TiO₂-NPs可通过调控电纺溶液流变学特性（粘度、电导率）定向排列明胶/PVA纤维，同步提升机械强度（10.2 MPa）与亲水性（接触角28°），且不影响孔隙率与透湿性。可控降解速率（3-7天）与持续细胞活力证明其适合作为药物载体。由Ehsan Khodayari和Zahra Sherafat领衔的团队指出，这种复合支架兼具抗菌（TiO₂-NPs的光催化活性）、促愈合（PDGF/VEGF诱导）和结构稳定性，为慢性伤口治疗提供了多功能解决方案。